(57)【要約】【課題】簡単な構造ながら、面内の均一なスクリーン印刷を可能にするとともに、長手方向の中央部分での断線や印刷かすれ等が生じないスクリーン印刷を可能にしたスキージを提供する。【解決手段】スキージ１１のスクリーン版との接触面において、長手方向の両端部が削り取られて、切欠部が形成される。スキージ１１の長手方向の中央は、両端よりもスクリーン版に対して突出する。スキージ１１によるスクリーン版に対する押圧が長手方向の両端部よりも中央部分でかかりやすくなり、長手方向における印刷を均一に行える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷パターンが形成されたスクリーン版に接触する接触面における、スキージの長手方向の中央が両端よりもスクリーン版に向かって突出していることを特徴とするスクリーン印刷用スキージ。
【請求項２】
接触面の長手方向の両端が除去されて切欠部が形成され、切欠部は、スクリーン版の中央付近に位置する印刷パターンよりも外側の領域に対向する位置に形成されたことを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷用スキージ。
【請求項３】
切欠部は、長手方向の端部が面取りされて形成されたことを特徴とする請求項２記載のスクリーン印刷用スキージ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のスキージを用いて、半導体基板に導電性ペーストを塗布することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの受光面電極を形成するために用いられるスクリーン印刷用スキージに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン印刷は、セラミック部品やフラットパネルディスプレイ等のエレクトロニクス商品などに関わる多くの分野において、厚膜や薄膜、パターニング形成のための技術として、各製品の製造時に広く利用されている。
【０００３】
従来、スクリーン印刷では、スクリーン印刷装置のスキージホルダーに取り付け可能なスキージが使用される。アルミニウム等の金属製の枠に強くテンションを掛けられて張られたメッシュ状のスクリーン版上に所望のインキあるいはペーストを載せ、スキージホルダーに設置されたスキージで押圧をかけながら、スクリーン版上を移動させる。スクリーン版下に移動可能な印刷ステージ上に予め設置した被印刷物の表面上に所望のインクあるいはペーストを押し出すことにより、被印刷物への印刷を行う。
【０００４】
この際に転写される印刷パターン形状は、メッシュ状のスクリーン版の被印刷物側に感光性乳剤等を用いて予め作製されたマスクパターンによる。インクもしくはペーストが転写されるべき箇所は開口部として開けておかなければならない。実際の印刷の過程でスキージを用いてインクもしくはペーストを押し出す際には、そのマスクの開口部を介して被印刷物にインクやペーストが転写される。所望の印刷パターン形状をスクリーンマスクに予め造りこんでおくことによって、そのパターン形状を容易に被印刷物に印刷・転写することが可能となる。
【０００５】
スクリーン印刷で使用するスキージの材質と形状は、その用途によっていくつか選択可能である。主なスキージの材質としては、金属、ゴム、シリコーンゴム、ポリウレタン樹脂などが挙げられ、一般的には耐溶剤性の強いものが用いられている。また、主なスキージ形状としては、平型、角型、剣先型、マイクロスキージなどが挙げられ、使用するスキージホルダーの形状や所望する仕上がり状態により、最適と考えられる用具を選択する必要がある。
【０００６】
ここで、太陽電池セルでは、スクリーン印刷を用いて電極が形成される。一般的な太陽電池の構造を図１に示し、製造プロセスを図２に示す。
【０００７】
結晶系シリコン太陽電池セルの製造の場合、ｐ型シリコン基板１をエッチング後、受光面となる片面側にｎ型ドーパントの拡散によりｎ型拡散層２、およびその上に表面反射率を低減させるための反射防止膜３を形成する。裏面の一部には、銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、１５０〜２００℃程度で乾燥させた後、アルミペーストをスクリーン印刷法により未塗布部分のほぼ全面に印刷し、１５０〜２００℃程度で乾燥させる。このとき、乾燥後の銀ペーストの一部に重なるようにアルミペーストを印刷する。さらに、スクリーン印刷法により受光面側の反射防止膜３上へ銀ペーストをパターン状に印刷し、１５０〜２００℃程度で乾燥させた後、７００〜７５０℃程度で焼成する。セルの裏面に銀電極４およびアルミ電極５が形成され、受光面に受光面電極（銀電極）６が形成される。なお、焼成時にアルミペーストがｐ型ドーパントとして働くことにより、基板裏面側にｐ＋型拡散層７が併せて形成され、電気特性の向上に大きく寄与する。
【０００８】
上記の太陽電池セルの電極形成工程では、汎用性が高く生産性に優れたスクリーン印刷法が採用されていることが多い。印刷パターン形状に基づいて作製されたスクリーンマスクを介して、シリコン基板に銀ペーストあるいはアルミペーストをそれぞれ印刷することにより、受光面および裏面にそれぞれ電極が形成される。この電極形成工程では、基本的には印刷パターン形状がそのまま精度良く均一にシリコン基板に転写されることが重要となるが、ファインライン印刷やベタ印刷などの印刷パターン形状の違いにより、必要とされる粘弾性等のペースト特性や注意すべき箇所が変わってくる。例えば、太陽電池セル裏面で用いられているアルミペーストの印刷工程では、大面積でのベタ印刷となる。そのため、印刷の面内膜厚均一性（印刷ムラの低減）が重要となる。一方、受光面で用いられている銀ペーストの印刷工程では、集電極としての機能を十分に果たすべく、電極パターン全体の中でも特にファインライン形状となっているサブ電極での印刷の際に、断線や印刷かすれ等の電極形成不良が生じないことが重要となる。
【０００９】
近年、特に注目されている太陽電池業界において、長期信頼性を犠牲にすることなく、その電気特性を向上させる技術が望まれている。また、近年の太陽電池生産量の伸びと共に販売競争の激化が非常に顕著な形となって現れており、電気特性だけでなくコストパフォーマンスについても優れた製品を市場へ提供することが望まれている。
【００１０】
先に述べたように、太陽電池セルの電極形成方法としては、汎用性が高く生産性に優れたスクリーン印刷法が一般的に用いられている。スクリーン印刷法による電極形成工程を導入することによって、簡便なプロセスのみで大量かつ安価に太陽電池セルを生産することが可能となっている。
【００１１】
ところが、太陽電池セルの受光面電極形成により、受光面積の損失（シャドウロス）が生じるが、この損失の低減を目的として、受光面電極の微細化が年々進んでいる。さらには材料費削減のためのシリコンウエハの薄型化も相まっていることから、太陽電池セルの電極形成工程でのスクリーン印刷条件は幾分限られた範囲内での調整が余儀なくされている。特に、受光面電極のシリコン基板における面内均一性に関して、受光面電極の微細化が印刷後の電極仕上がり状態に与える影響は非常に大きく、電極ペーストがスクリーン版の印刷パターンを十分に透過できないことに起因した印刷かすれや電極欠損、断線等の電極形成不良が細線化により生じやすくなっている。その電極形成不良は、特にスキージの長手方向中央部の押圧がかかりにくい箇所に対応した形で生じやすい傾向にあることを、発明者は種々の検討結果から見出した。
【００１２】
図３に示すように、太陽電池セルの受光面８では、スキージの進行方向に直交する方向に受光面電極のメイングリッド９が形成される。なお、受光面電極のサブ電極はスキージの進行方向に平行に形成される。ここで、電極形成不良が生じやすい特定領域１０は、メイングリッド９の中央部に位置する。
【００１３】
しかも、受光面電極は主に集電極としての機能を果たしていることから、印刷かすれや電極欠損、断線等による受光面での電極形成不良が太陽電池セルの電気特性に与える影響は非常に大きい。特に電極の抵抗成分の多寡の影響を受ける因子である曲線因子（フィルファクター、ＦＦ）が大きく低下し、電気特性の大きな損失につながっていた。
【００１４】
このような微細化された受光面電極の細線部分での印刷かすれや電極欠損、断線等が生じないようにするためには、電極ペースト自体が有している粘弾性などのペースト特性を改善し、マスクの印刷パターンをよりスムーズに透過できるようにすることが最善策であると考えられる。しかし、使用する電極ペーストの組成を所望する状態に改善していくのは決して容易なことではなく、開発期間の長期化につながる可能性が高い。また、電極形成工程をスクリーン印刷以外の方法とすることも考えられるが、スクリーン印刷以上に汎用性が高く生産性に優れた電極形成技術は未だ確立されていないのが現状である。それら以外の方法としては、スクリーン印刷時の印刷条件の変更、例えば、印刷時のスキージ移動速度を遅くすることが電極形成不良の回避策の一つとして挙げられるが、スキージ移動速度が遅くなると、必然的に印刷工程で必要となる時間が長くなるため、生産タクトの低下を招く。
【００１５】
以上の理由から、細線化に伴う印刷かすれや電極欠損、断線等の電極形成不良が生じがちであるという課題を克服し、余分な損失が少なく安定した出力を出すことができる太陽電池セルを製造するために、何らかの改善方法を確立する必要があった。
【００１６】
例えば、特許文献１には、かすれのないインク厚みが均一な印刷を可能にするスクリーン印刷用スキージとして、スキージの長手方向に沿って欠切部を設けたことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１３０７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記の欠切部を設けたスキージを制作するには、手間がかかる。そこで、本発明は、より簡単な構造ながら、面内の均一なスクリーン印刷を可能にするとともに、特定領域での断線や印刷かすれ等が生じないスクリーン印刷を可能にした、太陽電池セルにおける電極形成に適したスクリーン印刷用スキージの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明におけるスクリーン印刷用スキージは、印刷パターンが形成されたスクリーン版に接触する接触面における、スキージの長手方向の中央が両端よりもスクリーン版に向かって突出している。
【００２０】
このスキージでは、長手方向の中央が両端よりもスクリーン版に密着しやすくなり、従来のスキージに比べて長手方向の中央部分で押圧がかかりやすくなるため、これまで長手方向の両端と中央部分とでは不均一であったインクやペーストの押し出し量が長手方向において均一となる。そのため、長手方向の中央部分に発生していた印刷の不均一に起因する印刷かすれ、電極欠損等の電極形成不良をなくすことができる。
【００２１】
スキージの接触面の長手方向の両端が除去されて切欠部が形成され、切欠部は、スクリーン版の中央付近に位置する印刷パターンよりも外側の領域に対向する位置に形成される。
【００２２】
スキージの長手方向の両端が除去されることにより、長手方向の中央が両端よりもスクリーン版に向かって突出することになる。そして、スキージがスクリーン版に押し付けられたとき、接触面の中央部分ではスクリーン版に密着するが、切欠部では、スクリーン版との間に隙間が生じる。この切欠部に対向するスクリーン版には、印刷パターンが形成されていないので、隙間があっても印刷には影響しない。また、切欠部の存在により、スキージが移動するとき、スキージの両端とスクリーン版との摩擦が減り、スクリーン版の破損が発生しにくくなる。
【００２３】
切欠部は、長手方向の端部が面取りされて形成される。切欠部の形状は、傾斜面、円弧、楕円、扇形といった湾曲面とされる。スキージの両端における角がなくなって、スクリーン版を傷付けることを防止できる。
【００２４】
上記のスキージを用いて、半導体基板に導電性ペーストを塗布することにより、太陽電池セルの電極が形成される。特に、太陽電池セルの受光面電極では、スキージの進行方向に平行な電極と長手方向に平行な電極とが形成される。このような受光面電極を形成する際に、上記のスキージを用いて、スクリーン印刷することにより、進行方向に平行な電極を均一に形成できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、長手方向の両端を除去しただけの簡単な構造のスキージにより、長手方向において均一なインクやペーストの押し出しが可能となり、印刷かすれ、電極欠損、断線といった印刷不良を防止することができる。また、スキージの移動時におけるスキージの両端とスクリーン版との摩擦を軽減でき、スクリーン版の損傷を防いで、スクリーン版の長寿命化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の太陽電池セルの断面図
【図２】太陽電池セルの製造プロセスを示す図
【図３】太陽電池セルにおける電極形成不良の発生領域を示す図
【図４】製造プロセス毎の太陽電池セルの断面図
【図５】スキージの斜視図
【図６】従来の構造のスキージを示す図
【図７】本発明のスキージを示す図
【図８】従来のスキージがスクリーン版に接触したときの様子を示す図
【図９】本発明のスキージがスクリーン版に接触したときの様子を示す図
【図１０】本発明および従来のスキージを用いたスクリーン印刷の評価を示す図
【図１１】他の形態のスキージを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本実施形態の太陽電池セルの製造プロセスを図４に示す。まず、酸エッチングされた厚さ１８０μｍ、１５６ｍｍ角サイズのｐ型多結晶シリコン基板１の片側表面に、リンをドーパントとした熱拡散（約８００〜９００℃）により、約５０Ω／□の面抵抗値をもつｎ型拡散層２を形成する。
【００２８】
基板表面を洗浄した後、ｎ型拡散層２を形成した表面上に反射防止膜３としてプラズマＣＶＤ法により約７０〜１００ｎｍのシリコン窒化膜を形成する。次に、裏面電極として裏面電極用銀ペーストを基板裏面の一部にスクリーン印刷法にて印刷し、１５０℃程度で乾燥させることにより、銀電極４を形成する。さらにアルミペーストを同一面の一部分だけ銀電極４と重なるようにしながら、ほぼ全面にスクリーン印刷法にて印刷し、再度１５０℃程度で乾燥させることにより、アルミ電極５を形成する。その後、受光面電極用銀ペーストを受光面の所定の部分にスクリーン印刷法にて印刷し、１５０℃程度で乾燥させることにより、受光面電極６を形成する。続いて空気中において７４０℃程度で焼成することにより、ｐ＋拡散層７を形成するとともに、太陽電池セルの表裏面に形成された電極を焼成する。このようにして、図１に示す太陽電池セルが製造される。
【００２９】
受光面電極６では、２本の平行なメイングリッドと、これに直交する多数の細線からなるサブ電極とが形成される。このような受光面電極に応じて、スクリーン版に印刷パターンが形成される。スキージの進行方向は、サブ電極と平行な方向である。
【００３０】
受光面電極６および裏面電極を形成するためのスクリーン印刷では、各電極の形状に応じて所定の印刷パターンが形成されたスクリーン版をシリコン基板１の上方に配置して、スキージを押圧しながら移動させて、金属ペーストをシリコン基板１上に印刷パターンに応じて印刷する。
【００３１】
このスクリーン印刷に用いられるマイクロスキージを図５、６に示す。スキージ１１は、スキージホルダー１４に取り付けられている。そして、スキージ１１の長手方向の中央部分でのスクリーン版に対する押圧が上がるように、スキージ１１のスクリーン版に接触する接触面１２では、スキージ１１の長手方向（長辺方向）の左右の端部１３が除去されて、切欠部Ａが形成される。すなわち、図６に示す破線円部分１５を市販のスキージ研磨機で研磨することにより、スキージ１１の一部が削り取られ、長手方向の中央よりもスクリーン版に対して凹んだ切欠部Ａが形成される。図７に示すように、スキージ１１の傾斜面１２において、スキージ１１の長手方向の中央が両端よりもスクリーン版に向かって突出し、切欠部Ａは、中央から端部に向かった傾斜面となる。スキージ１１の長手方向の中央の頂点１６と端部の最も深く除去された部分１７との高低差は、１．５ｍｍとされる。なお、スキージ１１の接触面１２の両端部の角を面取りしておくとよい。
【００３２】
このように、スキージ１１は、長手方向の両端部を中央部よりも薄くなるようにした簡単な構造である。そして、スキージ１１の加工は接触面１２の両端部を削り取るだけであるので、簡単に行える。
【００３３】
ここで、図7に示すような本発明のスキージ１１と、接触面が平坦で端部が直角になっている図６に示すような従来のスキージ１１をそれぞれ使用してスクリーン印刷を行った。図９に従来のマイクロスキージを使用した場合の印刷時のスクリーン版とスキージとの接触状態を示し、図１０に本発明のスキージを使用した場合の印刷時のスクリーン版とスキージとの接触状態を示す。図中、１９はスクリーン版のメッシュ部、２０は金属製枠部である。
【００３４】
そして、同一の印刷条件、同一電極ペーストを使用した際の電極の仕上がり具合、特にファインライン印刷箇所である受光面側のサブ電極について、特定領域（長手方向の中央）での印刷かすれや電極欠損、断線等が生じていないかを比較した。印刷かすれの度合いとして、断線や印刷かすれの生じていない状態から順に○→△→×として、相対的評価を行った。その結果を図１０に示す。
【００３５】
従来のスキージ１１を使用した場合には、移動の際にスキージ１１の中央部分が通る箇所付近の特定領域に印刷かすれや断線が生じていた。本発明のスキージ１１を使用した場合、特定領域での印刷かすれや断線は生じていなかった。また、従来のスキージ１１を使用した場合に比べて、本発明のスキージ１１を使用したときのほうがスキージ中央部分において押圧がかかり易くなる。これにより、電極ペーストが十分に透過できていなかった箇所での電極ペースト押し出し量が従来のスキージ１１を使用した場合よりも多くなるので、被印刷物であるシリコン基板１へのペースト印刷量が増加した。
【００３６】
そして、断線や印刷かすれ等の電極形成不良が生じなくなったことにより、電極自体の抵抗が軽減され、太陽電池セルの平均最大出力（特にＦＦ）が向上した。さらに、スクリーン版に張られたスクリーンメッシュの空隙へのペースト充填量の印刷面内均一性が高まり、結果として被印刷物に印刷された電極ペーストの印刷面内均一性が向上した。そのため、太陽電池セルの電気特性のばらつきが抑えられ、ある一定基準以上の電気特性に該当する確率を示す良品率も向上した。
【００３７】
また、スキージ１１の長手方向の両端を除去することにより、スキージ１１の長手方向の両端部１８でのスクリーン版への局所的な押圧がかかりにくくなり、スキージ移動時のスクリーン版に張られたメッシュ部１９との摩擦によるメッシュ部１９への負荷が軽減される。
【００３８】
本発明の場合、スクリーン版に接触するスキージ１１の長手方向の両端部１８の肉厚は、従来のものよりも薄くなっており、この両端部１８でのスクリーン版のメッシュ部１９の折れ角は、本発明のものが従来のものよりも小さくなる。そのため、スクリーン版の中央部分での張力は、本発明では、従来のものよりも大きくなる。長手方向の中央部分において、スキージ１１はスクリーン版に密着し、被印刷物にかかる実質的な押圧が増す。
【００３９】
また、本発明のスキージ１１を使用した際には、スキージ１１の長手方向の両端部１８において、局所的な押圧はかかりにくくなり、それによって摩擦によるメッシュ部１９への負荷が軽減され、メッシュ破れが従来よりも発生し難くなった。これにより、スクリーン版の長寿命化を図ることができる。
【００４０】
ところで、図７に示すスキージ１１では、切欠部Ａは、長手方向の中央付近まで達しているが、図１１に示すように、スクリーン版に形成された印刷パターンにかからないように切欠部Ａを形成してもよい。長手方向において、印刷パターンは、受光面電極６のメイングリッドに対応して形成される。切欠部Ａの位置は、スクリーン版の中央付近に位置する印刷パターンよりも外側の領域に対向する位置にある。スキージ１１の接触面１２のうち、印刷パターンに対向する領域は平面とされ、切欠部Ａは傾斜面となる。
【００４１】
このようなスキージの構造にすることにより、スクリーン版の印刷パターンにスキージ１１の平らな接触面１２が接触して、均等にスクリーン版を押圧する。そのため、シリコン基板１へのペースト押し出し量が従来よりも多くかつ均一となり、印刷されたペーストの面内均一性が向上する。また、スキージ１１の長手方向の両端部では、スクリーン版との間に隙間ができ、スクリーン版にかかる負荷を軽減できる。この隙間ができる領域には、印刷パターンが形成されていないので、隙間があっても印刷には影響しない。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。切欠部の形状は、平面に限らず、円弧形、楕円形、扇形、台形にしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１    シリコン基板
４    銀電極
５    アルミ電極
６    受光面電極
１１    スキージ
１２    接触面
Ａ    切欠部
【図１】
2010284853.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010284853.tif 000009
【図８】
2010284853.tif 000010
【図９】
2010284853.tif 000011
【図１０】
2010284853.tif 000012
【図１１】
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